淺談醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波分析及治理方案
江蘇安科瑞微電網(wǎng)研究院有限公司 江蘇江陰 214432
摘要：經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術的進步，非線性設備被廣泛用于大部分建筑中，非線性設備憑借其的優(yōu)勢，為人們的生活生產(chǎn)帶來了很多便利。將非線性用電設備接入醫(yī)院配電系統(tǒng)，會產(chǎn)生一定的諧波電流，從而對醫(yī)院的配電系統(tǒng)造成一定的影響。通過分析諧波的產(chǎn)生和危害，以及醫(yī)院配電系統(tǒng)的特點和諧波設備的主要分布，能夠更加深刻地認識和了解醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波設備的治理方案和效果。
關鍵詞：醫(yī)院配電系統(tǒng)；諧波設備效果；治理方案
0引言
現(xiàn)代科學技術的進步帶動了醫(yī)學技術的發(fā)展，越來越多先進的醫(yī)學技術和醫(yī)療設備應運而生，大大提高了醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展水平。在醫(yī)學技術進步的同時，非線性設備在醫(yī)院配電系統(tǒng)中得到了一定的運用，在運用的過程中，容易產(chǎn)生一些諧波電流危害配電系統(tǒng)的正常運行。諧波電流的積累，容易增加配電系統(tǒng)中線路的損耗，加劇線路的老化，從而威脅整個配電系統(tǒng)的安全正常運行，降低了醫(yī)院配電系統(tǒng)的可靠性。因此，對醫(yī)院配電系統(tǒng)的諧波設備進行有效治理，凈化配電系統(tǒng)，保證其安全性。
1醫(yī)院配電系統(tǒng)常見問題分析
（一）產(chǎn)生諧波
諧波是電流中含有的基波頻率整數(shù)倍的電量，配電系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波的根本原因是非線性負載導致的。在非線性設備的使用過程中，由于非線性負載，會導致電壓、電流正弦波出現(xiàn)畸變。在平衡的三相系統(tǒng)中，偶次諧波被消除，只剩下奇次諧波。
（二）諧波危害
1.加速絕緣老化，縮短設備使用壽命
諧波電壓會增加電容器和變壓器的渦流損耗，增加絕緣材料的電應力。諧波電流會導致變壓器的銅損加劇，從而增加噪音，局部產(chǎn)生過熱的情況，加速絕緣老化，造成設備損壞，縮短變壓器、電動力等設備的使用壽命。
2.增加線路損耗，加大設備成本支出
諧波借助外界的治理才能夠減少和消除。諧波電壓和電流在配電系統(tǒng)中的積累，會增加線路的損耗，降低變壓器的帶載能力，從而增加設備成本支出和電費支出[1]。
3.干擾通訊系統(tǒng)，降低通訊工作質量
由于配電系統(tǒng)空間的限制，輸電線路和通訊線路的距離一般不遠，諧波的產(chǎn)生通過傳導耦合和電磁感應，會引入噪音對通訊系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，從而降低通訊的質量，嚴重的甚至會導致通訊信息丟失。
4.開關動作失誤，造成嚴重電力事故
諧波的產(chǎn)生，會改變地電流繼電器的時間延長特點，無法區(qū)分零序電流和三次諧波，導致開關誤動作，出現(xiàn)跳閘的情況。此外，配電系統(tǒng)的保護裝置和自動裝置會產(chǎn)生誤動，造成區(qū)域電網(wǎng)的瓦解，出現(xiàn)大面積停電的情況。
2醫(yī)院配電系統(tǒng)的特點和諧波設備的主要分布
醫(yī)院配電系統(tǒng)的特點
醫(yī)院是救死扶傷的重要場地，需要運用大量的醫(yī)療設備，醫(yī)療用電保持持續(xù)，因此，醫(yī)院的配電系統(tǒng)具備高的可靠性、安全性以及穩(wěn)定性。病人使用的呼吸機、心電圖機以及輸液泵等醫(yī)療設備，一旦出現(xiàn)斷電的情況，會造成無法估量的后果。醫(yī)院的配電系統(tǒng)主要是10/0.4Kv的主變壓器，通風設備、照明設備、電子醫(yī)療設備以及計算機和UPS是主要的負載，而且大部分都是單相的非線性負載。
（二）醫(yī)院諧波設備的主要分布
1.通風設備
大部分醫(yī)院使用的通風設備都以變頻風機和空調為主，能夠有效地節(jié)約資源。然而，變頻器是產(chǎn)生諧波的重要來源之一，變頻器導致電流發(fā)生畸變的概率高達百分之三十三及以上，產(chǎn)生大量的五次、七次諧波，對電網(wǎng)造成破壞。
2.照明設備
在醫(yī)院的照明系統(tǒng)中，使用了大量的熒光照明設備，熒光燈具回產(chǎn)生較多的諧波電流，在好幾個熒光燈組成三相四線負載的情況下，中線上就會出現(xiàn)大量的三次諧波電流。
3.電子醫(yī)療設備
醫(yī)院大部分電子醫(yī)療設備都是通過開關電源實現(xiàn)供電，開關電源設備會產(chǎn)生一定的三次、五次、七次諧波，流入電網(wǎng)。
4.計算機及UPS
目前大部分醫(yī)院都是通過計算機實現(xiàn)運營和管理工作，計算機數(shù)量眾多，計算機服務器配有UPS等備用電源，加之個人電腦的開關電源，都是產(chǎn)生諧波的電源。
3醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波設備的治理方案及效果
（一）醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波設備的治理方案
設計濾波器是常用的治理諧波設備的方法，主要包括有緣濾波器、無緣濾波器以及有緣濾波器和無緣濾波器的組合式濾波器。有緣濾波器的治理效果好，價格也高；無緣濾波器的治理效果欠佳，但經(jīng)濟實惠；組合式濾波器的治理效果和效率都比較好。依據(jù)濾波器的安裝位置不同，包括集中式安裝治理和單臺設備就地治理兩種形式。在具體的治理過程中，要結合實際情況設計科學合理的治理方案。針對照明等諧波含量較少的普通醫(yī)療設備，可以采用無源濾波器集中治理的方式，既保證了治理的有效性，又提高了治理效率，降低了治理成本；針對利用變頻裝置的空調、熱水器等，可以利用無緣濾波器和有緣濾波器相結合的組合式濾波器進行集中治理。此外，安裝有源濾波器是治理醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波設備主要的方案。有源濾波器在醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波設備的治理工作中的效果為顯著，有源濾波器能夠實現(xiàn)對諧波的動態(tài)抑制和無功補償。
（二）醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波設備的治理效果
1.提升配電系統(tǒng)品質
安裝有源濾波器，能夠對負載電流中的諧波量進行實時檢測，實現(xiàn)對諧波的濾除和功率因素的提高等。對變化的諧波進行自動跟蹤和補償，可控性和響應性高，降低了與配電系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振危險的概率，從而吸收線路中一定程度的諧波，實現(xiàn)對配電系統(tǒng)品質的優(yōu)化和提升。
2.保障設備穩(wěn)定運行
安裝有緣濾波器，能夠降低諧波的指標和損耗，有效減少諧波對設備造成的破壞，緩解了絕緣老化的程度，延長了設備的使用壽命。同時諧波的減少還降低了對設備通訊的干擾，提高了設備電能的質量，提升了設備運行的效率和電力能源的使用率，增強了配電系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性以及可靠性，保障了設備的穩(wěn)定運行。
3.降低配電系統(tǒng)能耗
安裝有緣濾波器，能夠讓醫(yī)院配電系統(tǒng)的諧波設備產(chǎn)生的諧波達到或者低于國家規(guī)定的標準，在提高諧波的消除率的同時降低了醫(yī)院配電系統(tǒng)對能源的消耗。此外，醫(yī)院配電系統(tǒng)的諧波流入有源濾波器，不會對變壓器和配電系統(tǒng)的其他用電設備造成威脅，從而在降低醫(yī)院配電系統(tǒng)能源消耗的同時，對配電系統(tǒng)中的用電設備起到了有效的保護作用，進一步確保了醫(yī)療工作的正常開展和運行，提升了醫(yī)療工作的效率和質量。
4安科瑞醫(yī)院EMS能效管理系統(tǒng)
4.1平臺拓撲圖
4.2醫(yī)院電力監(jiān)控解決方案
電力監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對變壓器、柴油發(fā)電機、斷路器以及其它重要設備進行監(jiān)視、測量、記錄、報警等功能，并與保護設備和遠方控制及其他設備通信，實時掌握供電系統(tǒng)運行狀況和可能存在的隱患，快速排除故障，提高醫(yī)院供電可靠性。
電力監(jiān)控系統(tǒng)主要針對開閉所和10/0.4kV變電所，對高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監(jiān)控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況。同時對醫(yī)院重要設備如柴油發(fā)電機、無功補償裝置、有源濾波裝置、UPS、隔離電源系統(tǒng)狀態(tài)進行監(jiān)測。
電力監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置
應用場合 | 名稱 | 系列型號 | 圖片 | 功能 |
系統(tǒng)后臺 | 電力監(jiān)控軟件 | Acrel-2000/Z |
| 數(shù)據(jù)的實時采集、數(shù)字通信、遠程操作與程序拉制、權限管理、車件記錄與告營、故障分析、各類報表 |
通訊層 | 智能網(wǎng)關 | Anet系列 |
| 8個RS485串口2kV隔離，2個以太網(wǎng)接口，支持ModbusRTU、IEC-60870-5-101/103/104、CJ/T188、DL/T645等通訊協(xié)議設備的接入，支持ModbusRTU、ModbusTCP、IEC-60870-5-104等上傳協(xié)議、支持多不同數(shù)據(jù)服務要求，支持斷點續(xù)傳，裝置電源:220VAC/DC。 |
35KV、10KV | 微機保護裝置 | AM6-x |
| 相間電流速斷保護，相間電流速斷保護（可帶低壓閉鎖），相間過電流保護（可帶低壓閉鎖），兩段式零序過流保護，反時限相間過流保護（可帶低壓閉鎖），零序反時限過流保護，過負荷保護，控制回路異常告警。 |
35KV\10KV進線側 | 電能質量在線監(jiān)測裝置 | APView500 |
| 相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓/電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態(tài)、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發(fā)及定時錄波，波形實時顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲，內存32G，16D0＋22D1，通訊2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太網(wǎng)接口（＋1維護網(wǎng)口）＋1USB接口支持U盤讀取數(shù)據(jù)，支持61850協(xié)議。 |
35KV/10KV測量 | 多功能網(wǎng)絡電力儀表 | APM-520 |
| 具有三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ）、電能統(tǒng)計、電能質 量分析（包括諧波、間諧波、閃變）、故障錄波功能(包括電壓暫升暫降中斷、沖擊電流等記錄)、事件記錄功 能及網(wǎng)絡通訊等功能，主要用于電網(wǎng)供電質量的綜合監(jiān)控。該系列儀表配有功能豐富的DI/DO模塊、AO模 塊、無線通訊模塊、漏電測溫模塊，可以靈活實現(xiàn)電氣回路全電量測量及開關狀態(tài)監(jiān)控 |
35KV\10KV帶電顯示裝置 | 智能操控裝置 | ASD500 |
| 5寸大液晶彩屏動態(tài)顯示一次模擬圖及彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、3路溫溫度控制及顯示、遠方/就地、分合閘、儲能旋鈕預分預合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測量、人體感應、柜內照明控制、1路以太網(wǎng)、2路RS485、1路USB接口、GPS對時、高壓柜內電氣接點無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出、4～20mA輸出； |
35KV\10KV弧光保護 | 弧光保護裝置 | ARB5-x |
| 主控單元，可接20路弧光信號或4個擴展單元，配置弧光保護（8組）、失靈保護（4組）、TA斷線監(jiān)測（4組）、11個跳閘出口； 擴展單元，多可以插接6塊擴展插件，每個擴展插件可以采集5路弧光信號： 弧光探頭，可安裝于中壓開關柜的母線室、斷路器室或電纜室，也可于低壓柜?；」馓筋^的檢測范圍為180°，半徑0.5m的扇形區(qū)域； |
35KV\10KV配電柜 | 無線測溫 | ATE400（PT柜選用ATE200） |
| 監(jiān)測母線、線纜接頭、斷路器觸臂、觸頭溫度，可通過無線傳輸至ASD320就地顯示，也可以上傳至監(jiān)控系統(tǒng)。電源分為內置電池式和感應取電式，固定方式有螺栓固定，表帶式捆綁，測溫范圍-50℃-125℃，精度±1℃ |
0.4KV進線 | 多功能網(wǎng)絡電力儀表 | APM-520(96外型) |
| 具有三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ）、電能統(tǒng)計、電能質 量分析（包括諧波、間諧波、閃變）、故障錄波功能(包括電壓暫升暫降中斷、沖擊電流等記錄)、事件記錄功 能及網(wǎng)絡通訊等功能，主要用于電網(wǎng)供電質量的綜合監(jiān)控。該系列儀表配有功能豐富的DI/DO模塊、AO模 塊、無線通訊模塊、漏電測溫模塊，可以靈活實現(xiàn)電氣回路全電量測量及開關狀態(tài)監(jiān)控 |
電能質量在線監(jiān)測裝置 | APView500 |
| 相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓/電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態(tài)、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發(fā)及定時錄波，波形實時顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲，內存32G，16D0＋22D1，通訊2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太網(wǎng)接口（＋1維護網(wǎng)口）＋1USB接口支持U盤讀取數(shù)據(jù)，支持61850協(xié)議。 | |
測溫監(jiān)控裝置 | ARTM-Pn-E |
| 無線測溫采集可接入60個無線測溫傳感器；U、I、P、Q等全電參量測量；2路告警輸出；1路RS485通訊； | |
無線測溫傳感器 | ATE400 |
| 監(jiān)測母線、線纜接頭、斷路器觸臂、觸頭溫度，可通過無線傳輸至ASD320就地顯示，也可以上傳至監(jiān)控系統(tǒng)。電源分為內置電池式和感應取電式，固定方式有螺栓固定，表帶式捆綁，測溫范圍-50℃-125℃，精度±1℃ | |
0.4KV濾波柜 | 有源諧波治理系統(tǒng) | AnSin-xxx |
| 有源電力濾波器井聯(lián)在含諧波負載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠對動態(tài)變化的諧波電流進行快速實時的跟蹤和補償， |
0.4KV補償柜 | 有源無功補償系統(tǒng) | AnCos-xxx |
| 低壓無功功率補償裝置并聯(lián)在整個供電系統(tǒng)中，能根據(jù)電網(wǎng)中負載功率因數(shù)的變化通過控制器控制電力電容器投切進行補償,無功功率補償裝置采用散件組成方案，主要以電容電抗、投切開關、控制器等組成。 補償方式:線性補償，全響應時間<5ms，瞬時響應時間≤100us;補償效果:≥0.99，可補償容性無功和感性無功，濾除5、7、9、11、13次以內的諧波;自身損耗:≤百分之2，效率:>百分之98;監(jiān)控以及顯示具備遠程通訊接口，可以通過PC機實時監(jiān)控;具有人性化的人機交互界面，可通過該界面看到系統(tǒng)和本體的實時電能質量信息，操作簡單，可以遠控，也可以本控;標準模塊化設計，縮短交付周期，同時提高了使用的可靠性和可維護性。 |
0.4KV饋線 | 多功能網(wǎng)絡電力儀表 | APM-510(72外型) |
| 具有三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ）、電能統(tǒng)計、電能質 量分析（包括諧波、間諧波、閃變）、故障錄波功能(包括電壓暫升暫降中斷、沖擊電流等記錄)、事件記錄功 能及網(wǎng)絡通訊等功能，主要用于電網(wǎng)供電質量的綜合監(jiān)控。該系列儀表配有功能豐富的DI/DO模塊、AO模 塊、無線通訊模塊、漏電測溫模塊，可以靈活實現(xiàn)電氣回路全電量測量及開關狀態(tài)監(jiān)控 |
電氣火災監(jiān)測模塊 | ARCM200系列 |
| 三相(I、U、kW、Kvar、kWh、Kvarh、Hz、cos中)，視在電能、四象限電能計量，單回路剩余電流監(jiān)測，4路溫度監(jiān)測，2路繼電器輸出，4路開關量輸入，事件記錄，內置時鐘，點陣式LCD顯示，2路獨立RS485/Modbus通訊 | |
測溫監(jiān)控裝置 | ARTM-Pn-E |
| 無線測溫采集可接入60個無線測溫傳感器；U、I、P、Q等全電參量測量；2路告警輸出；1路RS485通訊； | |
無線測溫傳感器 | ATE400 |
| 合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5安培，測溫范圍-50-125C，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米； | |
低壓回路 | 電流互感器 | AKH-0.66系列 |
| 測量型互感器，采集交流電流信號 |
4結束語
總而言之，醫(yī)院作為與民生息息相關的基礎設施建設，配電系統(tǒng)的正常運行和醫(yī)療設備的正常運作與人民群眾的生命財產(chǎn)安全有著直接的聯(lián)系。諧波的產(chǎn)生對醫(yī)院配電系統(tǒng)會造成一定的危害，必要對諧波設備進行有效地治理。有緣濾波器是治理醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波設備的有效方案，利用有緣濾波器能夠減少諧波的產(chǎn)生，降低諧波的危害，有效地保護醫(yī)院用電設備，從而優(yōu)化醫(yī)院的配電系統(tǒng)，確保醫(yī)院配電系統(tǒng)的正常運行。
參考文獻：
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